RU180586U1

RU180586U1 - Variable Flow Meter

Info

Publication number: RU180586U1
Application number: RU2018109385U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Попов; Михаил Михайлович Беляев
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-06-19

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред. Расходомер с переменной структурой содержит проточную трубу с размещенными внутри по потоку в основном канале камерой входа с крыльчаткой, управляемой приводом, струйным генератором с пневмоэлектропреобразователем, при этом камера выхода соединена с камерой входа профильным каналом реверса, снабженным электроклапаном. Технический результат - расширение диапазона измерения управляемым реверсом потока с изменением структуры расходомера, понижение начальной величины измерения, не снижая верхнего предела диапазона, уменьшения погрешности измерения расхода. 2 ил.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used in systems for measuring gaseous media. The flowmeter with a variable structure contains a flow pipe with an inlet chamber with an impeller controlled by a drive, a jet generator with a pneumatic electro-converter located inside the main channel and the outlet chamber is connected to the inlet chamber by a reverse reverse channel equipped with an electrovalve. The technical result is the expansion of the measurement range by controlled reverse flow with a change in the structure of the flowmeter, lowering the initial measurement value, without lowering the upper limit of the range, reducing the error of flow measurement. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used in systems for measuring gaseous media.

Известны парциальные измерители расхода среды (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ. Политехника.С-П. 2002. с. 99). Недостатки устройств измерения состоят в увеличенной погрешности измерения и конструктивной доработки выводных каналов обводной трубки.Partial flow meters are known (P. P. Kremlevsky. Flow meters and counters of the amount of substances. Polytechnic. S.-P. 2002. S. 99). The disadvantages of the measurement devices are the increased measurement error and structural refinement of the output channels of the bypass tube.

Известно устройство измерения расхода текучей среды (RU 2157967, С2, 21.05.1998). Часть потока среды после магистрального расходомера возвращают через вспомогательный расходомер и ограничительный дроссель в магистраль перед насосом и расход на рабочую нагрузку определяют, как разность расходов через магистральный и вспомогательный расходомеры. Этот прием позволяет сместить зону измерения магистрального расходомера в необходимый пониженный диапазон. Однако, диапазон измерения смещается при наличии линии обратного потока, которая понижает порог чувствительности и вместе с ним снижает верхнюю границу измерения.A known device for measuring fluid flow (RU 2157967, C2, 05.21.1998). A part of the medium flow after the main flow meter is returned through the auxiliary flow meter and the restrictive throttle to the line in front of the pump and the flow rate for the working load is determined as the difference in flow rates through the main and auxiliary flow meters. This technique allows you to shift the measuring area of the main flow meter to the required reduced range. However, the measurement range is shifted in the presence of a return flow line, which lowers the sensitivity threshold and together with it reduces the upper limit of the measurement.

В техническом описании цифрового расходомера потока газа серии М компании Актан. (http://www.actan.ru/vac_gascontroll_gas-flow_3_1.html) показан диапазон измерения объемного расхода различных газов равный 200 с одновременным измерением массового расхода, при этом используются свойства ламинарного течения потока, реализованных в спецконструкции. Объемный расход газа определяется по линейной зависимости от перепада давления и по уравнению Пуазейля (Internally Compensated Laminar - ICL) проводятся вычисления.In the datasheet of the Aktan M Series Digital Gas Flow Meter. (http://www.actan.ru/vac_gascontroll_gas-flow_3_1.html) shows the range of measurement of the volumetric flow rate of various gases equal to 200 with the simultaneous measurement of mass flow rate, while using the properties of the laminar flow flow implemented in special designs. The gas volumetric flow rate is determined linearly by the differential pressure and calculations are made using the Internally Compensated Laminar (ICL) equation.

Чтобы произвести необходимые вычисления для определения массового расхода, данные с него поступают на микропроцессор и обрабатываются вместе с данными от дискретного датчика абсолютной температуры. Недостатком известного устройства - наличие спецконструкции для обеспечения ламинарного потока, первичная информация извлекается в аналоговой форме и далее преобразуется в дискретную, под каждый диапазон своя конструкция, погрешность измерения более 2%.In order to make the necessary calculations for determining the mass flow rate, the data from it are sent to the microprocessor and processed together with data from a discrete absolute temperature sensor. A disadvantage of the known device is the presence of a special design to ensure laminar flow, the primary information is extracted in analog form and then converted into a discrete one, for each range its own design, the measurement error is more than 2%.

Известен измеритель потока среды (RU 2572461 С2, 10.01.2016), принятый за прототип, содержит проточную трубу с размещенным внутри струйным генератором и часть потока возвращают через вспомогательный расходомер в основной канал для понижения порога чувствительности. Недостатком устройства является наличие в схеме измерения дополнительного расходомера, который усложняет процедуру измерения. Дополнительный прибор всегда удорожает эксплуатацию, связанную с его аттестацией, увеличивает комплект оборудования, уменьшает общий ресурс измерителя.A known medium flow meter (RU 2572461 C2, 01/10/2016), adopted as a prototype, contains a flow pipe with a jet generator located inside and a part of the stream is returned through an auxiliary flow meter to the main channel to lower the sensitivity threshold. The disadvantage of this device is the presence in the measuring circuit of an additional flow meter, which complicates the measurement procedure. An additional device always increases the cost of operation associated with its certification, increases the set of equipment, reduces the total resource of the meter.

Техническим результатом является расширение диапазона измерения управляемым реверсом потока с изменением структуры расходомера, понижение начальной величины измерения, не снижая верхнего предела диапазона, уменьшения погрешности измерения расхода.The technical result is the expansion of the measurement range by controlled reverse flow with a change in the structure of the flow meter, lowering the initial measurement value, without lowering the upper limit of the range, reducing the error of flow measurement.

Технический результат достигается тем, что предложенный расходомер с переменной структурой по модели содержит проточную трубу с размещенными внутри по потоку в основном канале камерой входа с крыльчаткой, управляемой приводом, струйным генератором с пневмоэлектропреобразователем, при этом камера выхода соединена с камерой входа профильным каналом реверса, снабженным электроклапаном.The technical result is achieved by the fact that the proposed flowmeter with a variable structure according to the model contains a flow pipe with an inlet chamber with an impeller controlled by a drive, a jet generator with a pneumatic electric converter located inside the main channel and the outlet chamber is connected to the inlet chamber by a reverse reverse channel equipped with electrovalve.

На фиг. 1 представлена конструкция расходомера в продольном разрезе по потоку по АБ и в поперечном сечении по СС.In FIG. 1 shows the design of the flowmeter in longitudinal section along the flow along AB and in cross section along SS.

На фиг. 2 приведены статическая характеристика расходомера в координатах частота от расхода среды f=F(Q) на трех участках измерения расхода газа.In FIG. 2 shows the static characteristic of the flow meter in coordinates the frequency of the medium flow rate f = F (Q) in three sections of the gas flow measurement.

На разных участках измерения расхода с помощью активного управляемого реверса потока изменяется структура самого расходомера. В предложенной модели информация о расходе получена непосредственно сразу же в дискретной форме при линейной зависимости между объемным расходом и частотой колебаний давления струйного генератора.At different sections of the flow measurement using the active controlled reverse flow changes the structure of the flow meter. In the proposed model, flow information was obtained immediately immediately in a discrete form with a linear relationship between the volume flow and the pressure oscillation frequency of the jet generator.

Устройство, в котором используется метод измерения объемного расхода газа и организован реверс потока газа, позволяет усилить измеряемый малый поток газа и снизить порог чувствительности. В расходомер на базе струйного генератора колебаний давления с частотным сигналом на выходе был встроен реверс потока в схему измерения с электронным управлением (фиг. 1). Реверс потока по отдельному каналу (байпасу) обеспечивался насосом, а в качестве насоса применена крыльчатка с приводом.A device that uses the method of measuring the volumetric gas flow and organizes the reverse gas flow, allows you to enhance the measured small gas flow and lower the threshold of sensitivity. In the flow meter based on a jet generator of pressure fluctuations with a frequency signal at the output, a reverse flow was integrated into the measurement circuit with electronic control (Fig. 1). The reverse flow through a separate channel (bypass) was provided by a pump, and an impeller with a drive was used as a pump.

По потоку в трубе расположены: крыльчатка с приводом, далее струйный генератор.Downstream in the pipe are located: impeller with drive, then a jet generator.

Первая часть характеристики измерения - крыльчатка своим приводом подкачивает (увеличивает) по каналу реверса (байпасу) расход до устойчивого значения расхода, измеряемого струйным генератором. Расход вычисляется.The first part of the measurement characteristic - the impeller pumps (increases) the flow rate through the reverse channel (bypass) to a stable value of the flow rate measured by the jet generator. Consumption is calculated.

Вторая часть характеристики измерения - измерение расхода ведется струйным генератором при отсутствии перетечек через байпас.The second part of the measurement characteristic - flow measurement is carried out by a jet generator in the absence of overflows through the bypass.

Третья часть характеристики измерения - измерение расхода струйным генератором с байпасом, т.е. в режиме парциального измерения расхода.The third part of the measurement characteristic is the flow measurement by a jet generator with a bypass, i.e. in partial flow measurement mode.

Частота колебаний электросигналов пневмо-электропреобразователя пропорциональна объемному расходу газа, а число колебаний - объему газа, прошедшему через комбинированный расходомер газа.The oscillation frequency of the electrical signals of the pneumatic converter is proportional to the volumetric gas flow rate, and the number of oscillations is proportional to the volume of gas passed through the combined gas flow meter.

Расходомер газа (фиг. 1) содержит проточную трубу 1 с размещенными внутри по потоку в основном канале 2 камерой входа 3 и струйным генератором 4 из трех элементов 9, 10 (третий не показан) с пневмо-электропреобразователем ПЭП (например, пьезо-преобразователем), входом 5 и крыльчаткой 6, управляемой приводом, камерой выхода 7, соединенной профильным каналом 11 реверса, снабженного клапаном 12, с камерой входа 5 крыльчатки 6, и автоматику вычисления расхода газа 13.The gas flow meter (Fig. 1) contains a flow pipe 1 with an inlet chamber 3 located inside the main channel 2 and a jet generator 4 of three elements 9, 10 (the third one not shown) with a PED pneumatic transducer (for example, a piezoelectric transducer) , the input 5 and the impeller 6, driven by the drive, the exit chamber 7, connected by a profile channel 11 of the reverse, equipped with a valve 12, with the inlet chamber 5 of the impeller 6, and the automation of calculating the gas flow 13.

Автоматика измерения и вычисления расхода газа в виде блока закреплена непосредственно на трубе 1 и состоит из 3-х алгоритмов вычисления. Принимаются числовые значения участков расхода. Например, в первой части 20-300 л/ч (до 300 л/ч струйный генератор физически не работает, нет колебаний), во второй части 300-6000, в третьей части 6000-8000 л/ч. Эти поддиапазоны показаны на фиг. 2.Automation of measurement and calculation of gas flow in the form of a block is mounted directly on pipe 1 and consists of 3 calculation algorithms. The numerical values of the flow sections are accepted. For example, in the first part, 20-300 l / h (up to 300 l / h the jet generator does not physically work, there is no oscillation), in the second part 300-6000, in the third part 6000-8000 l / h. These subbands are shown in FIG. 2.

В первой части диапазона, когда расходомер работает в области измерения пониженного расхода, работает первый алгоритм по следующей схеме: при недостаточном уровне расхода Q по основному каналу 2 для работы струйного генератора 4, устойчивая работа которого начинается с 300 л/ч, к потоку канала 2 присоединяется поток реверса Q₂ по каналу 8 по сигналу блока управления 13. Признаком начала работы крыльчатки 6 является отсутствие частоты f var, снимаемой с ПЭП струйного генератора 4. Расход Q₂ обеспечиваемый крыльчаткой 6 и циркулирующий через струйный генератор с выхода на его вход, изменяется инверсно и прямо пропорционально приращениям расхода основного канала 2 по сигналам блока управления 13 через контакты 16 для поддержания работы и постоянства выходной частоты f const струйного генератора 4. В этом случае работает система измерения, замкнутая отрицательной обратной связью. Сигнал ПЭП от струйного генератора 4 подается через клеммы 16 в блок управления 13. В диапазоне измерения расхода до т.А индикатор блока управления 13 фиксирует расход газа по формуле Q=Q₁-Q₂. В первой части диапазона по команде блока 13 управления через клеммы 14 клапан 12 находится в открытом положении для обеспечения потока реверса.In the first part of the range, when the flowmeter works in the field of measuring lowered flow, the first algorithm works according to the following scheme: if the flow rate Q is insufficient for the main channel 2 for the operation of the jet generator 4, the stable operation of which starts at 300 l / h, to the flow of channel 2 joins reverse flow Q ₂ to channel 8 on the signal of the control unit 13. An indication starts working vane 6 is the lack of frequency f var, removable with PEP jet generator 4. The charge Q provided by the _two impellers 6 and circulating through the jet generator output to its input, varies inversely and directly proportional to the flow increments of the main channel 2 from the signals 13 via control contacts 16 for the maintenance work, and constant unit output frequency f const jet generator 4. In this case, the measurement system is working, a closed negative feedback. The probe signal from the jet generator 4 is fed through terminals 16 to the control unit 13. In the range of flow measurement to t. A indicator of the control unit 13 records the gas flow rate according to the formula Q = Q ₁ -Q ₂ . In the first part of the range at the command of the control unit 13 through the terminals 14, the valve 12 is in the open position to provide a reverse flow.

Во второй части диапазона, начиная с т.А (фиг. 2), крыльчатка 6 выключена из работы по поддержанию частоты f const и достигнут измеренный расход 300 л/ч в основном канале 2. В блоке управления работает второй алгоритм по следующей схеме: по частоте соответствующей расходу 300 л/ч начинает работу самостоятельно струйный генератор 4 в диапазоне измерения 300-6000 л/ч, доступный интервал физической работы струйного генератора с погрешностью 1-1.5% и перепаде давления до 200 Па. Это наиболее сложный участок измерения для работы блока управления для поддержания расхода нулевого между камерами 3 и 7 по линии канала реверса 8.In the second part of the range, starting with T.A (Fig. 2), the impeller 6 is switched off from maintaining frequency f const and the measured flow rate of 300 l / h is achieved in the main channel 2. The second algorithm works in the control unit according to the following scheme: according to the frequency corresponding to the flow rate of 300 l / h begins to work independently jet generator 4 in the measuring range of 300-6000 l / h, the available interval of the physical operation of the jet generator with an error of 1-1.5% and a pressure drop of up to 200 Pa. This is the most difficult measurement area for the control unit to maintain zero flow between cameras 3 and 7 along the line of the reverse channel 8.

При постепенном увеличении перепада давления на расходомере и расхода Q в сети блок управления 13 выдает команду на привод крыльчатки 6 для снижения расхода Q₂ и поддержания постоянства расхода Q₁. Одновременно изменение величины частоты Δf, которая обратно пропорциональна ΔQ₂, вычисляется на электронном уровне и фиксируется индикатором в блоке управления 13 как фактически замеренный измерителем расход Q газа. При изменении величины потока Q, например, при увеличении, пропорционально уменьшается величина потока реверса Q₂. Расход Q₂, развиваемый крыльчаткой 6, управляется блоком управления 13, сравнивающий сигналы Δf=fvar-f_constЭГ.With a gradual increase in the pressure drop across the flow meter and the flow rate Q in the network, the control unit 13 issues a command to drive the impeller 6 to reduce the flow rate Q ₂ and maintain a constant flow rate Q ₁ . At the same time, the change in the frequency Δf, which is inversely proportional to ΔQ ₂ , is calculated at the electronic level and recorded by the indicator in the control unit 13 as the gas flow rate Q actually measured by the meter. When changing the magnitude of the flow Q, for example, with an increase, the magnitude of the reverse flow Q ₂ decreases proportionally. The flow rate Q ₂ developed by the impeller 6 is controlled by a control unit 13 comparing the signals Δf = fvar-f _constEG .

По мере увеличения расхода сети уменьшается до нуля расход Q₂, развиваемый крыльчаткой 6, и работа крыльчатки прекращается по достижению Δf=f_max, соответствующая начальному потоку по каналу реверса 8, одновременно выключается из работы электрогенератор блока управления 13. Этот момент отражен т.А на характеристике f=F(Q) (фиг. 2).As the network flow increases, the flow rate Q ₂ developed by the impeller 6 decreases to zero, and the impeller stops working when Δf = f _max , which corresponds to the initial flow through the reverse channel 8, and the control unit 13 generator is turned off from operation. This moment is reflected in T.A on the characteristic f = F (Q) (Fig. 2).

Во второй части диапазона крыльчатка 6 не работает и канал 8 реверса перекрыт электроклапаном 12 по сигналу на электроцепь 14 от блока управления 13 и поток реверса Q₂=0. Полный расход будет Q=Q₁ и проходит только через струйный генератор 4, что отражено на статической характеристике по фиг. 2 в диапазоне расходов 300-6000 л/ч.In the second part of the range, the impeller 6 does not work and the reverse channel 8 is blocked by the electrovalve 12 by a signal to the electric circuit 14 from the control unit 13 and the reverse flow Q ₂ = 0. The total flow rate will be Q = Q ₁ and passes only through the jet generator 4, which is reflected in the static characteristic of FIG. 2 in the flow range of 300-6000 l / h.

В третьей части диапазона по достижению параметра f=k₁ Q=6000 л/ч блок управления выключает клапан 12 и удерживает его в открытом состоянии при работе расходомера в диапазоне 6000-8000 л/ч. В этой части диапазона измерение расхода происходит по парциальному методу. Минимизация погрешности измерения достигается установкой профилированного устья 11 каналов 8 реверса, отражающего свойства сопел струйных элементов 9, 10 струйного генератора 4, и фактически повторяющих режимы течения по числу Re. Для дополнительного подтверждения замеров расхода в этом диапазоне выполняется тарировка.In the third part of the range, upon reaching the parameter f = k ₁ Q = 6000 l / h, the control unit turns off valve 12 and holds it open when the flowmeter is in the range of 6000-8000 l / h. In this part of the range, the flow measurement takes place according to the partial method. Minimization of the measurement error is achieved by installing a profiled mouth 11 of the reverse channels 8, reflecting the properties of the nozzles of the jet elements 9, 10 of the jet generator 4, and actually repeating the flow regimes by the number Re. To further confirm flow measurements in this range, calibration is performed.

Для практического примера возвратимся к первой части диапазона. Измерительная работа струйного генератора (фиг. 2, линия Q₂) и потока реверса Q₂ начинается с условного нуля, например, назначено Q₂₀=20 л/ч (условно f=10 Гц). Величина расхода Q₁ поддерживается постоянной (линия Q₁) по основному каналу 2, например, 300 л/ч. Приращения расхода Q при поддержании расхода Q₁=const на выбранном уровне, подаются для отсчета показаний на индикатор блока управления 13. Таким образом, измерение начинается с произвольно заданной начальной величины Q₁=20 л/ч, которую можно выбрать и менее, но это определяется порогом чувствительности крыльчатки 6. При выбранных начальных условиях расход Q<20 л/ч не измеряется.For a practical example, let's return to the first part of the range. The measuring operation of the jet generator (Fig. 2, line Q ₂ ) and the reverse flow Q ₂ begins with a conditional zero, for example, Q ₂₀ = 20 l / h (conditionally f = 10 Hz) is assigned. The flow rate Q _{1 is} kept constant (line Q ₁ ) along the main channel 2, for example, 300 l / h. The flow increments Q while maintaining the flow rate Q ₁ = const at the selected level are fed for reading the readings to the indicator of the control unit 13. Thus, the measurement starts with an arbitrarily set initial value Q ₁ = 20 l / h, which can be chosen even less, but this determined by the sensitivity threshold of the impeller 6. Under the selected initial conditions, the flow rate Q <20 l / h is not measured.

Предложенная модель позволяет в процедуре измерения расхода применить к текущему диапазону свою структуру расходомера, различную от диапазона к диапазону, снизить порог чувствительности расходомера, тем самым расширить диапазон измерения расхода и увеличить верхний порог измерения.The proposed model allows to apply its flowmeter structure, different from range to range, in the flow measurement procedure to reduce the sensitivity threshold of the flow meter, thereby expanding the flow measurement range and increasing the upper measurement threshold.

Claims

A flowmeter with a variable structure, characterized in that it contains a flow pipe with an inlet chamber with an impeller controlled by a drive, a jet generator with a pneumatic-electric converter located inside the main channel and the outlet chamber is connected to the inlet chamber by a reverse profile channel equipped with an electrovalve.